JP2009512188A - ドープされた窒化シリコン膜の低温堆積のための方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【選択図】 図1
Description
[0001]本発明の実施形態は、一般的には、基板処理に関する。より具体的には、本発明の実施形態は、化学気相堆積チャンバ及びプロセスに関する。
[0002]化学気相堆積(CVD)膜は、集積回路内に物質の層を形成するために用いられる。CVD膜は、特に、誘電体、拡散源、拡散マスクや注入マスク、スペーサ、最終不動態化膜として用いられる。膜は、比熱特性や物質移動特性を有するチャンバ内でしばしば堆積され、シリコンウエハ、ガラスパネル等の基板の表面全体に物理的に且つ化学的に均一な膜の堆積を最適化する。
[0024]図1は、リッド110によって上端で閉じられたほぼ円筒状の壁106を持つ単一ウエハCVD処理チャンバの実施形態の断面図である。リッド110は、更に、以下に記載されるガス供給入口と、ガスミキサと、プラズマ源と、一つ以上のガス分配プレートとを含むことができる。壁106の部分は、加熱されてもよい。スリットバルブ開口114は、基板が入るための壁106に位置決めされている。
[0038]図12は、本発明の一実施形態に従って形成されたゲート構造を持つトランジスタを示す図である。複数の電界分離領域122は、基板100内に形成される。複数の電界分離領域122は、一方のタイプの導電性(例えば、p形)のウエル123を他方のタイプの導電性(例えば、n形)の隣接したウエル(図示せず)から分離する。ゲート誘電体層150は、基板100上とウエル123上に形成される。典型的には、ゲート誘電体層150は、約5.0未満の誘電率を有する、酸化シリコン(SiOn)及び/又は酸窒化シリコンのような物質の層を堆積させるか又は成長させることによって形成することができる。ゲート絶縁技術の最近の進歩は、より高い誘電率物質(K>10)がゲート誘電体層を形成するために望ましいことを示している。それ故、使われる適切な物質の例としては、金属酸化物(Al2O3、ZrO2、HfO2、TiO2、Y2O3、La2O3)、強誘電体(チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、チタン酸バリウムストロンチウム(BST))、アモルファス金属ケイ酸塩(HfSixOy、ZrSixOy)、アモルファスシリケイ酸塩酸化物(HfO2、ZrO2)、常誘電体(BaxSr1-xTiO3、PbZrxTi1-xO3)が挙げられるが、これらに限定されない。これらの物質を含有する高k層は、種々の堆積プロセスによって形成することができる。
[0045]窒化シリコン膜は、シリコン前駆物質と窒素前駆物質との反応により本明細書に記載されるチャンバ内で化学気相堆積することができる。より低温での堆積には、チャンバ表面に沿った凝縮の可能性が低く且つ基板表面上に膜を形成する他の前駆物質と反応する確率の高いガスを選ぶために前駆物質ガスのより緊密な精査が必要である。用いることができるシリコン前駆物質は、ジクロロシラン(DCS)、ヘキサクロロジシラン(HCD)、ビス(ターシャリ-ブチルアミノ)シラン(BTBAS)、シラン(SiH4)、ジシラン(Si2H6)等が挙げられる。用いることができる窒素前駆物質としては、アンモニア(NH3)、ヒドラジン(N2H4)等が挙げられる。例えば、SiH4やNH3の化学を用いることができる。
[0050]水素含量が減少した膜を堆積することは望ましいことである。膜内の水素の存在は、ホウ素の拡散を増加させ、膜の導電性を調整する能力を低下させる。水素含量が減少した膜を堆積するために、シラン又はジシラン以外のシリコン含有前駆物質を用いることが必要とされるのがよい。また、ゲルマン(GeH4)又はジゲルマン(Ge2H6)を追加することは有益なことである。ゲルマニウムは、表面水素の脱着を高め、膜内の水素含量を減少させる。水素とシリコンの化学結合が水素・ゲルマニウムの化学結合より強いことから、水素の脱着は、ゲルマニウムの存在によって促進される。シリコン原子からゲルマニウム原子への水素の移動は、高速移動である。ゲルマニウムは、シリコンより表面エネルギーが小さいので、ゲルマニウムは表面へ移動する。従って、ゲルマニウムは、水素分子の形で表面から水素を熱脱着させるための低エネルギーバリヤ路を水素に与える。更に、ゲルマニウムは、膜の成長速度を高めるので、堆積のためにより低い温度を容易にし、全体のシステム熱量を減少させる。このプロセスは、窒素含有前駆物質としてアンモニアを必要としないという利点を持つ。
[0052]一実施形態において、ホウ素ドープされた窒化シリコン膜を堆積させることができる。ドーパントとしてホウ素の使用は、低温堆積が望ましい。ホウ素ドープされた層を膜の積み重ねに加えると、全体の誘電率が低くなることがある。例えば、窒化シリコン膜の典型的な誘電率は、7.1であり、シリコン窒素炭素水素膜にBTBASを用いると、膜の誘電率が5.5未満に下がる。ホウ素シリコン窒素水素層を積み重ねに加えると、全体の誘電率が4.5未満に低下する。
1.ジランと、UV励起アンモニアと、ジボランをRTCVDを用いて単一基板チャンバへ流す。
2.RTCVDを行ってシリコン窒素水素膜を堆積させ、その後、RTCVDを行ってホウ素窒素水素膜を堆積させる。
3.ジシランと、UV励起アンモニアと、ジボランをLPCVDを用いて流す。
4.LPCVDを行ってシリコン窒素水素膜を堆積させ、その後、LPCVDを行ってホウ素窒素水素膜を堆積させる。
[0057]一実施形態において、BTBASは、本明細書に記載されるチャンバ内で炭素ドープされた窒化シリコン膜の堆積にシリコン含有前駆物質として用いることができる。下記は、t-ブチルアミン副生成物とともに炭素ドープされた窒化シリコン膜を得るように行われる一機構である。BTBASは、イソブチレンを形成するためにt-ブチルアミンと反応させることができる。
[0077]ジシラン又はシランと比較してBTBAS又は他のより大きな分子シリコン含有前駆物質を用いると、より低温度での堆積が可能になる。ゲルマニウム含有前駆物質とシリコン含有前駆物質とを含むことは、低温窒化シリコン膜堆積に望ましい。窒化シリコンゲルマニウム膜を、その特性を求めるために試験した。
[0084]炭素とホウ素でドープされた膜を用いると、注入拡散の改善された制御を可能にすることができるとともに低温膜堆積のための基板におけるドーパントの非活性化を減少させることができる。得られた膜の積み重ねの誘電率と応力は、複数の膜の薄膜層を堆積させることによって調整することができる。例えば、炭素源とホウ素源は、炭素とホウ素でドープされた窒化シリコン膜を堆積させるために用いることができる。また、前駆物質を代わりに堆積させることができ、窒化シリコン水素炭素膜が堆積されるか又は窒化シリコン水素膜と窒化ホウ素水素膜が代わりに堆積される。従って、窒化シリコン窒化ホウ素水素膜又は窒化シリコン水素ホウ素膜が堆積される。膜層が代わりに堆積される場合には、窒化シリコン水素炭素/ホウ素窒素水素の積み重ね又はシリコン窒素水素/ホウ素窒素水素の積み重ねが形成される。シリコン源とホウ素源のパルスが、複数の積み重ねを形成するために使用し得る。
[0092]BTBASは、また、ある化学可撓性のプロセスを与える。BTBASに基づく酸化物プロセスについて、NH3はN2Oのような酸化剤によって置換され得る。
Claims (20)
- 基板上にシリコンと窒素を含む層を堆積させる方法であって:
シリコン含有化合物を蒸発させるステップと;
該シリコン含有化合物を処理チャンバの混合領域へ流すステップであって、該混合領域が加熱されたアダプタリングと少なくとも一つのブロッカープレートによって画成されている、前記ステップと;
該シリコン含有化合物をガス分配プレートを通って加熱された壁、基板支持体、該ガス分配プレートによって画成された処理領域へ流すステップと;その後、
残留ガスを加熱された排気システムを通って排気するステップと;
を含む、前記方法。 - シリコンと窒素を含む該層を約475℃〜約800℃の基板支持温度で堆積させるステップを更に含む、請求項1に記載の方法。
- 該チャンバの該処理領域が、堆積の間、約10〜約350トールの圧力である、請求項1に記載の方法。
- 該チャンバの該処理領域が、約100〜約700ミリトールの圧力である、請求項1に記載の方法。
- 該排気システムの一部が、約50℃〜約160℃に加熱される、請求項1に記載の方法。
- 該シリコン含有前駆物質が、該混合領域に入る前にアンモニアと組み合わせられる、請求項1に記載の方法。
- 該シリコン含有前駆物質が、ジクロロシラン、ヘキサクロロジシラン、ビス(ターシャリ-ブチルアミノ)シラン、シラン、及びジシランからなる群より選ばれる、請求項1に記載の方法。
- 窒素含有化合物を該混合領域へ流すステップであって、該窒素含有化合物がアンモニア及びヒドラジンからなる群より選ばれる、前記ステップを更に含む、請求項1に記載の方法。
- 希釈ガスを該混合領域へ流すステップであって、該希釈ガスが窒素、水素、ヘリウム、及びアルゴンからなる群より選ばれる、前記ステップを更に含む、請求項1に記載の方法。
- ゲルマニウム含有化合物を該混合領域へ流すステップであって、該ゲルマニウム含有化合物がゲルマン及びジゲルマンからなる群より選ばれる、前記ステップを更に含む、請求項1に記載の方法。
- 少なくとも一つのドーパントを該混合領域へ流すステップであって、該少なくとも一つのドーパントが炭素含有化合物及びホウ素含有化合物からなる群より選ばれる、前記ステップを更に含む、請求項1に記載の方法。
- 該炭素含有化合物が、ビスターシャリーブチルアミノシランである、請求項11に記載の方法。
- 該ホウ素含有化合物が、ボラン、ジボラン、及び三塩化ホウ素からなる群より選ばれる、請求項11に記載の方法。
- 基板上にシリコンと窒素を含む少なくとも一つの層を堆積させる方法であって:
シリコン含有化合物を混合領域がアダプタリングと少なくとも一つのブロッカープレートによって画成された処理チャンバへ流すステップと;
該処理チャンバの該アダプタリングと排気システムの一部を加熱するステップと;
ボロン含有化合物を該処理チャンバへ流すステップと;
窒素含有化合物を該処理チャンバへ流すステップと;
を含む、前記方法。 - 該シリコン含有化合物が、炭素含有化合物を有する該処理チャンバへ流す、請求項14に記載の方法。
- 該炭素含有化合物が、ビスターシャリーブチルアミノシランである、請求項14に記載の方法。
- 該ホウ素含有化合物が、ボラン、ジボラン、及び三塩化ホウ素からなる群より選ばれる、請求項14に記載の方法。
- 該シリコン含有化合物が、ジクロロシラン、ヘキサクロロシラン、ビスターシャリーブチルアミノシラン、シラン、及びジシランからなる群より選ばれる、請求項14に記載の方法。
- ホウ素窒素水素膜を堆積させるステップを更に含む、請求項14に記載の方法。
- 追加の窒化シリコン膜を堆積させるステップを更に含む、請求項19に記載の方法。
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